高标准农田数字化背景与意义

高标准农田是粮食安全保障

　　粮食安全是“国之大者”，保障国家粮食安全的根本在耕地。党的二十大报告强调，要“牢牢守住十八亿亩耕地红线，逐步把永久基本农田全部建成高标准农田”。高标准农田建设的核心内容是在田、土、水、路、林、电、技、管八个方面进行提升，达到土地平整连片、水利灌溉设施完善、土壤肥沃、防灾抗灾能力强、高产高效的标准，最终实现农田质量高、产出能力强、抗灾能力强和资源利用率高，是落实“藏粮于地、藏粮于技”战略的关键。

　　党的十八届三中全会以来，我国高度重视高标准农田建设，这一重要议题已经连续十余年写入中央一号文件。截至2023年底，全国已累计建成高标准农田超过10亿亩，建成了一大批旱涝保收、高产稳产的优质良田。目前，我国农田有效灌溉面积占全国耕地面积的54%，生产了全国总量75%以上的粮食和90%以上的经济作物，为稳定粮食产能提供了重要支撑。近年来的高标准农田建设实践表明，建设高标准农田可实现耕地高效利用、科学管理及保障农民增收，稳固和增强粮食生产能力，确保国家粮食安全，是落实乡村振兴战略和推动农业强国建设的重大举措和关键一招。

智慧农业发展日新月异

　　全球进入数字经济新时代，据有关单位预测，到2025年，中国数字经济规模将突破60万亿元，数字经济投入产出效率提升至3.5左右。

　　智慧农业是现代农业发展的重要方向，能以更低成本、更少投入达到同等乃至更高收入，同时改善生态条件，提升种植水平，提高生产效率。综合利用农业资源，高质高效发展智慧农业是实现经济和环境效益双丰收的必经之路，是国际社会共同认可的农业发展方向，是符合我国国情的现实选择，也是实现农业优质高效和可持续发展的优选途径。

高标准农田数字化应用渐次展开

　　近年来，高标准农田建设越来越重视农业信息化、智能化建设，致力于实现高效化、信息化、绿色化。各地不断提升标准、加大投入，将新的信息化技术、装备和模式等应用于高标准农田建设与改造提升。高标准农田通过实现方案数字化设计、设备智能化控制和农田科学化管理，从而提升设施装备水平、高标准农田建设水平和产出能力。

高标准农田数字化建设方案

　　高标准农田数字化是指在农田规划、建设、管理、运营等全过程中，深度融合物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术，实现对农田环境、作物生长、资源利用等关键要素的精准感知、智能决策和高效管理。这一过程旨在构建集数据采集、分析处理、智能控制于一体的农田管理体系，以科技赋能提升农田综合生产能力和可持续发展水平。

技术架构

　　全接入一标准：制定统一终端接入协议规范，降低平台对接成本，提高终端管理效率。

　　全数据一张网：依托以4G/5G为核心的通信网络，向下连接各类物联网设备，向上承载平台应用。

　　全产业一条链：依托区块链技术，构建各类应用子系统形成农业产前、产中以及产后的完整链条。

　　全域一张图：依托遥感卫星技术，实现全域耕地数据提取与展示。

　　全服务一门户：提供应用系统统一入口、统一监控指挥中心、农户统一客户端等，有效规避烟囱架构和数据孤岛问题。

硬件建设

　　1.环境监测站

　　农业环境监测站通过组合气体传感器和土壤传感器实现农业生产环境气象和土壤墒情的综合数据监测，利用4G/5G/Wi-Fi实现实时数据传输，为管理者提供数据分析统计等决策依据。

　　(1)土壤墒情监测设备。通过组合多种土壤传感器监测土壤温度、土壤湿度、土壤电导率、pH值、氮磷钾等微量元素数据，配备物联网模块，实时上传监测数据至管理平台。

　　(2)农业气象监测设备。可监测风速、风向、空气温湿度、气压、降雨量、PM10/PM2.5、噪声、二氧化碳、光照强度、氧含量、蒸发量、总辐射等气象数据，配备物联网模块，实时上传监测数据至管理平台。

　　2.植保监测站

　　通过部署杀虫灯、虫情测报灯、病菌孢子采集仪等设备，通过网络远程控制并实时传输病虫害监测数据，实现病虫害的监测及预警。

　　(1)智能虫情测报设备。采用光电和数控技术能够实现远程开关灯和运行状态显示，可将虫体按天收集并实现杀虫和虫体烘干等功能，智能物联网虫情测报灯能够实现系统自动调节光源强度和时间，可定时智能拍摄高清虫体照片并上传至云平台做统计分析，生成病虫害处理办法和建议。

　　(2)孢子捕捉仪采集设备。可持续监测农田中的微生物孢子，根据数据分析预测病害的发展趋势，孢子实时采集拍照、智能分析和图像传输比对可为管理农田和施药决策提供重要依据，大幅提高病情测报的工作效率，降低人力成本。

　　(3)性诱集设备。集诱捕、数据统计传输于一体，可实现远程手机控制开关机及拍照，采集拍照时间和张数，可通过系统查询设备的离线在线状态并在地图上显示，依托云服务实现对虫情的监测计数和统计分析，实现害虫的定向诱集。

　　3.苗情可视化监测站

　　苗情监测主要是对农作物的生长情况进行实时视频监控，使用人员可以远程关注作物生长情况，在作物的不同生长周期，根据需求指导灌溉、施肥、喷药等。还可以通过平台远程控制球机观测角度，利用回放功能查看历史拍摄记录。将田间的监控设备、超声波设备、灌溉设施、水利设施、植保设施等通过组建局域网或4G/5G网络形成实时的可视化数据。

　　4.气象监测站

　　以观测地点的代表性强、观测仪器安全性好、检修维护方便为原则，与其他地面气象观测站统筹规划，合理布局，满足高标准农田气象保障所需的各类观测信息。

　　5.墒情自动监测站(点)

　　每5000亩(约3.33平方千米)设置1个墒情自动监测站(点)，监测采集土壤的温度、湿度、电导率、pH值等数据，高度集成低功耗高精度传感器，支持4G/5G/Wi-Fi等传输方式，可应用太阳能供电并接入全国土壤墒情监测系统。

软件平台建设

　　按照统一标准、统一接口、统一功能进行模块建设，实现数据和信息互联互通、实时共享，打通数据链、信息链、业务链和管理链，以“一平台、一张图”的模式管理;打造数字化、智能化、信息化的现代农业园区，为高标准农田的生产经营者、作业管理员以及政府部门提供信息监测上报、设备智能控制和作业高效管理等高水平信息化手段，发挥信息系统的综合效益。

　　具体功能模块包括以下几部分。

　　1.高标准农田数据可视化平台

　　数据可视化平台可以实现高标准农田相关数据和信息的互联互通、实时共享，打通高标准农田的数据链、信息链、业务链和管理链，以“一张图”和可视化数据看板的形式形象展示，支撑高标准农田经营者、管理员以及有关部门对高标准农田进行信息全面监测、设备智能控制和项目高效管理，构建高标准农田的数字化、智能化、信息化管理新模式。

　　2.农田地理信息采集系统

　　基于空间地理信息系统GIS技术，按照县、乡、村、水源分级显示，形成科学、高效、丰富、安全可靠的农田灌溉系统管理档案，展示各地块属性、道路信息、机井信息、渠网信息、渠系建筑物信息、田间物联网设备及归属信息等。

　　3.智能灌溉控制系统

　　实现水肥药的精准管理，应用智能水肥机和土壤墒情监测仪，通过数据阈值设定、执行各种灌溉模式和相应功能实现，软件功能包含管理充值、故障报警、水量统计、流量统计、分析上传等监测预警功能。

　　4.农田综合信息采集系统

　　采集农田区块面积、土壤温湿度、小气候气象环境、作物种类、种植面积等信息，建立农田多要素信息采集平台、涵盖田间地下水位监测平台、多环境要素监测平台、田间可视化监控信息平台、耕地质量监测平台等。

　　5.农业植保监测系统

　　通过虫情测报管理模块，实时监测作物发生的病虫害及数量，便于指导病虫害预警防控工作，具备病虫害疫情监测、分析、预警功能，可以在地图上按区域显示植保设备的在线离线状态，还可以实现手机、电脑远程操作。

　　6.农事综合管理系统

　　针对农作物的生长过程，记录播种、施肥、用药、灌水等全生命周期的生长管理信息，提升基地农事日常管理水平。功能涵盖专家信息、搜索信息、信息公开、通知公告、农技知识、质量安全、植物疫病防治、农技推广、良种推荐等。

　　7.农产品溯源系统

　　针对主要农产品，进行生长环境、投入品监管、生产过程控制、检验检测、收储、贮藏、运输、生产加工、产品销售等全过程动态追溯，应用区块链技术记录每个环节的节点动作，保障全链条的可查可验，对接省级农产品溯源平台和国家级农产品溯源平台，推进信息共享，实现示范区农产品生产有记录、信息可查询、流向可追踪、责任可追究、质量有保障的目标。

　　8.高标准农田设施管护系统

　　主要反映项目区域内沟、渠、路、井、闸、涵、桥等农田水利设施的分布、规模以及责任人等信息。通过遥感技术掌握比对区域内的设施状况，应用管护终端及时上传设施异常情况，管理员可在系统内下派维护任务直至整改维护反馈完成，支撑田长制管理落地实施，管护责任到村到人，实现网格化精准管护。

　　9.手机控制终端建设

　　终端软件包括手机移动端(微信小程序和App)，功能涵盖政策、资金、农艺培训、植保监测及预警、气象灾害监测预警、智能灌溉、巡查维护和管护等，方便使用者及时了解作物生产情况、墒情情况、种植管理相关信息，并支持相关信息数据录入、查询、统计、分析、导出等。

高标准农田数字化系统功能

　　通过智能灌溉、可视可溯源、智慧农机、智能监测、无人机巡查、农业大数据应用、智慧农业管理等功能模块，实现对农田的实时监测、运维管理、指挥调度、风险预警和决策支持。

　　全流程监管，让主管部门制定农业决策变得更“容易”。通过现代信息技术，整合高标准农田示范区建设数据，构建“一张图、一张网、一个中心，一个平台、一体化”的“数字粮田”时空信息平台，形成农业大数据中心。数智化管理，让老百姓种田变得更“容易”。通过数字化平台，原来“脸朝黄土背朝天”的农民实现了对高标准农田的智能化管理。在农业作业方面，高标准农田的项目核心区域实现了全覆盖，农业设备更齐全，布置密度更高。在无线网络的支撑下，将智能物联网灌溉控制终端、机井首部配套装置连成一体，实现灌溉用水的启停控制、水电计量、数据监测、水泵故障预警。通过智能灌溉实现水肥“按需分配”，提高水肥利用率，达到节水、节肥、改善土壤环境的目标，实现粮食生产提质增效。在农田管理方面，在“智慧农业云平台”控制室的大屏中，农田地理信息、智能灌溉控制、农业植保监测、农业气象监测、环境灾情预警等高标准农田信息一目了然。通过实时监测和分析农田环境、作物生长情况，农民可以对农田进行智能化调控。农民种植小麦全程可实现智能化、机械化操作，极大地提高了农田管理效率，一个人管几百亩粮田不再是“天方夜谭”。

高标准农田数字化应用效益

经济效益

　　按照实施面积1万亩(约6.67平方千米)计算，实现高标准农田数字化后，亩均粮食产量提升30%左右，约300斤，每亩人工费下降55%左右，约100元，亩均收入提升1倍以上，约400元，万亩良田可直接产生经济效益824万元。

　　通过项目建设，构建农田环境监测、预报、指挥决策等一体化系统，为相关部门作出决策并采取有效治理措施提供依据，有效支撑功能区业务管理，提升应急处置能力，降低灾害带来的经济损失，间接提升经济效益。

社会效益

　　高标准农田数字化建设加快推进农业集约化、规模化生产，提升生产管理决策水平，项目有效集成了包括农业信息资源库、农业数据处理系统、农业数据采集系统、专家知识库系统等在内的农业数据资源系统，为精准调控提供科学依据，使农业逐渐地从依赖人与传统农耕设备的生产模式转向以人工智能、物联网、大数据、云计算为中心的数智化生产模式，提升农业现代化水平，推动实现农业高质量发展。

生态效益

　　提升耕地质量，改善生态环境。通过对农业数字化的研究与建设，充分利用现代信息技术改造提升传统农业，加强重要领域数据资源建设、配置水肥一体化技术设备等，有效提升技术管理水平，可以在一定程度上保证土壤的长期肥力和洁净，增厚土壤养分含量，增加活土层，提高农田地力水平1—2个等级，土壤有机质含量在现有基础上提高0.1个百分点，有效改善耕地质量，提高农产品产量与品质。

　　高标准农田的数字化管理可以大量减少化肥和农药的不合理使用，促进改善农业生态环境，使农业的点源、面源污染得到有效控制，保证生态系统的平衡和安全，对生态农业和农业可持续发展具有重要意义。

　　全国高标准农田正在有序建设中，建成后的管理使用将面临较大挑战，各地应建立高标准农田的日常管护和专项维护机制，积极鼓励社会资本参与高标准农田的投资、建设、运营、管理，并保障投资主体的合理收益。

　　此外，农业管理部门应深入实施“藏粮于地、藏粮于技”战略，加强政策指导与工作调度，加强工程建设质量监督和管理，优化建设布局。数字技术在高标准农田建设中的应用实践表明，智慧农业具有巨大潜力与广阔前景。未来，应大力推进数字技术在农业领域的深度融合应用，以数智赋能农业产业升级，确保粮食安全，助力乡村振兴。

　　终审：魏文源

　　监审：王莹珠

　　编校：乔星琦

　　网络：吴飞飞